发动机新技术

1、发动机新技术 发动机增压技术 增压：增压：为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。（广义上，为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。（广义上，凡是能够将内燃机进气密度提高到高于周围环境密度的一切方法，都称为增凡是能够将内燃机进气密度提高到高于周围环境密度的一切方法，都称为增压。）压。） 目的：目的：通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性 提高发动机功率的途径：提高发动机功率的途径：改变结构参数。增加改变结构参数。增加i、Vs(D、S)，减少，减少，但体积和重量增加，但体积和重量增加提高转速。但充量系数和机械效率减少，机件

2、寿命减少，噪音大提高转速。但充量系数和机械效率减少，机件寿命减少，噪音大提高平均有效压力提高平均有效压力Pme。提高平均有效压力提高平均有效压力Pme 方法：方法：减少过量空气系数、提高充量系数、减少过量空气系数、提高充量系数、增加充气密度（增压）增加充气密度（增压）31030niVPPsmee增压度k：发动机在增压后增长的功率与增压前功率之比k范围为10%60%。大部分为20%30%。增压比k：进入气缸的气体压力Pk与大气压力P0之比增压的范围:低增压：低增压： k 1.31.6（内燃机平均有效压力（内燃机平均有效压力pme0.71.0MPa）中增压：中增压： k 1.62.5（内燃机平均有

3、效压力（内燃机平均有效压力pme1.01.5MPa）高增压：高增压： k 2.5 （pme 1.5MPa）；）；超高增压：超高增压： k 4.55.5（pme2.53.5MPa）。）。 虽然气缸内工质温度提高有利于柴油机的燃烧，但却使燃烧室内受热零件的热负荷增加，排温过高，NOx增加。汽油机中增压温度升高，除与柴油机一样功率下降外，最主要的是爆震倾向增加。 一般，当增压空气的压力超过0.15MPa时，就值得采用中冷。 解决空气温度过高的办法就是采用中冷器冷却增压后的空气。 增压空气温度每降低20K，涡轮前的废气温度约可降低20K，燃油消耗率可减少3g/kW.h。增压中冷技术增压中冷技术增压中冷

4、方案：增压中冷方案：闭式空水中冷：闭式空水中冷：中冷器中冷却介质采用内燃机冷却系统中的循环水。该方案结构与布置简单，但不能将增压空气温度冷却较低。分开式空水中冷：分开式空水中冷：中冷器采用独立的冷却介质。该方案可提高中冷器的冷却效率，能较低地降低空气的温度。结构要复杂些，布置上会增加难度。共用冷却风扇空空中冷：共用冷却风扇空空中冷：中冷器装在内燃机冷却系水散热器前或后，依靠风扇和车辆行驶时的空气气流冷却增压空气。该方案由于它的最少能量消耗而得到广泛应用。独立冷却风扇空空中冷：独立冷却风扇空空中冷：中冷器带有独立地冷却风扇，它可由直流电动机或空气涡轮带动。内燃机增压的优缺点内燃机增压的优缺点改善

5、了发动机性能： 提高了内燃机机械效率；提高了内燃机机械效率； 提高了内燃机的指示热效率；提高了内燃机的指示热效率； 改善了燃烧过程。改善了燃烧过程。增加了发动机的升功率；扩大了内燃机高原适应性：有利于降低有害气体排放和噪声。增加了柴油机的机械负荷；增加了柴油机的机械负荷；增加了柴油机的热负荷；增加了柴油机的热负荷；增加了汽油机的爆燃倾向。增加了汽油机的爆燃倾向。优点：优点：缺点：缺点：按照实现增压所提供的能量可分： 机械增压；机械增压； 废气涡轮增压；废气涡轮增压； 气波增压；气波增压； 复合增压复合增压 谐波增压（汽油机）谐波增压（汽油机）、机械增压、机械增压 由曲轴经过齿轮增速箱驱动压气机

6、。 机械增压增压压力高，压气机消耗的功率大。为使内燃机机械效率不要过分下降，增压压力Pk不能过高。 Pk 160170 kPa主要用途：提高发动机低速转矩机械增压器的种类机械增压器的种类机械增压所用的压气机除离心式压气机外，在车用内燃机上常用容积式压气机容积式压气机： 罗茨式；螺杆式；转子活塞式。罗茨式；螺杆式；转子活塞式。、废气涡轮增压、废气涡轮增压、废气涡轮增压、废气涡轮增压 最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上，这样在那些发动机最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上，这样在那些发动机排量受到限制的赛车比赛里面，发动机就能够获得更大的功率。排量受到限制的赛车比赛里面，发动机就能够获得更大

7、的功率。 发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。 涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气的惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同

8、轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。、废气涡轮增压、废气涡轮增压 涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发

9、动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。从另一个方面而言，就是大大提高了化学能的利用率。 不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。因此，及时对燃气缸进

10、行降温，是目前需要突破的一个重大问题。3、复合增压、复合增压机械增压与废气涡轮增压组合。谐波增压与废气涡轮增压组合。4、气波增压、气波增压气波增压是通过气波增压器利用气体质点和压力波的反射特性，使排气和进气之间进行直接的能量交换，以增大进气密度。气波增压对内燃机工况反应迅速，使气波增压的加速性好，且低速时空气的压缩程度高，低速转矩好。工作温度低，不需要耐高温材料。但体积大，噪声大，安装位置受到一定限值。匹配要求高，防止窜烟。双增压器顺序增压双增压器顺序增压多缸发动机上使用两台增压器。在低速时，使用一台增压器以提高废气能量利用效率，改善低速反应性能。在中高速时，使用两台增压器以保证发动机功率输出

11、。可变进气道增压器；可变喷嘴环增压器；可变涡轮喉口截面增压器；可变叶片增压器；废气放气增压器；进气回流增压器；射流涡轮增压器；斜流涡轮增压器；增压器增压器可变进气道增压器可变进气道增压器低速时使用一个进气通道；高速时，进气量大，使用两个通道，可以改善增压发动机的过渡性能。可变进气道增压器性能可变进气道增压器性能可变喷嘴环增压器可变喷嘴环增压器低速时，喷嘴角度小，流通截面小；高速时喷嘴角度大，流通截面能保证涡轮从废气中获取足够能量达到压气机的需求。各喷嘴环各喷嘴环1通过轴销通过轴销2固定在涡壳固定在涡壳5上，再经传动杆上，再经传动杆3与喷嘴控制盘与喷嘴控制盘4相相连。转动喷嘴控制盘即可改变喷嘴环

12、的角度。连。转动喷嘴控制盘即可改变喷嘴环的角度。通过调整涡壳通过调整涡壳5与涡与涡轮叶轮轮叶轮6之间的喷嘴之间的喷嘴环角度来调整涡轮流环角度来调整涡轮流通截面。通截面。可变喷嘴环增压器特性可变喷嘴环增压器特性 左图中是喷嘴环角度依次减小的情况。随着内燃机转速下降，压气机的增压压力不但没有下降，反而提升到高转速水平，从而保证增压内燃机的低速性能。 可调喷嘴环用于增压器与内燃机的高速匹配。通过可调喷嘴环改善低速性能。可变涡轮喉口截面增压器可变涡轮喉口截面增压器1.压气机；压气机；2.可变喉口截面调整板；可变喉口截面调整板；3.调整板及调整机构；调整板及调整机构；4.操纵操纵机构；机构；5.操纵机构

13、控制电磁阀；操纵机构控制电磁阀；6.涡轮；涡轮；A.最小喉口截面；最小喉口截面；B.最大最大喉口截面喉口截面低速高速可变涡轮喉口截面增压器工作原理可变涡轮喉口截面增压器工作原理 可变涡轮喉口截面增压器是在废气量不变的情况下改变进入涡轮的状态参数，从而改变从废气中获取能量的大小。小喉口截面将使进入涡轮的废气加速，作用在涡轮叶片上的冲击力增加（此时涡轮效率将有所降低），空气增压压力增加，从而满足内燃机在低速小负荷时的需要。内燃机在高速大负荷时，可以保证涡轮在高速范围运行，这时喉口截面处于最大位置，排气背压最小，涡轮效率最大。可变叶片增压器可变叶片增压器与可变喷嘴环技术类似，通过压气机结构（叶片角度

14、）的变化，来调整增压压力与发动机转速负荷的匹配关系。多个可变叶片，效率高，但结构复杂，成本高、体积大。三菱多阀VG增压器本田可变叶片增压器废气放气增压器废气放气增压器车用增压内燃机为获得低速大转矩和良好的加速性能，涡轮增车用增压内燃机为获得低速大转矩和良好的加速性能，涡轮增压器一般按内燃机低速、小流量设计。压器一般按内燃机低速、小流量设计。轿车用增压器设计转速为内燃机标定转速的轿车用增压器设计转速为内燃机标定转速的40%左右。左右。公共汽车、重型车用的增压器设计转速为内燃机标定转速的公共汽车、重型车用的增压器设计转速为内燃机标定转速的60%左右。左右。高速时，将会使增压压力过高，增压器超速，柴油机爆发压力高速时，将会使增压压力过高，增压器超速，柴油机爆发压力过大，汽油机容易引起爆震。过大，汽油机容易引起爆震。为此，设计增压器常增加废气放气阀，在高速时将一部分废气为此，设计增压器常增加废气放气阀，在高速时将一部分废气旁通掉，加以控制增压压力。旁通掉，加以控